DE1280479B - Schmelzofen zur kontinuierlichen Herstellung von Spurstein und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4üüJ7VW PATENTAMT Int. Cl.:

F27b

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 31 al -19/04

Nummer: 1280 479

Aktenzeichen: P 12 80 479.4-24 (B 78680)

Anmeldetag: 25. September 1964

Auslegetag: 17. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft einen Schmelzofen zur kontinuierlichen Herstellung von Spurstein und einer absetzbaren Schlacke aus sulfidischen Kupfererzen und ein Verfahren zu seinem Betrieb.

Kupferschmelz- und Umwandlungsverfahren erzeugen Schlacken als Mittel, um den Eisengehalt der ursprünglichen Beschickung zu entfernen. Die Schlacken beruhen in erster Linie auf der Erzeugung von eisenhaltigem Silikat (2 FeO · SiO₂), was das Äquivalent des natürlichen Minerals Eisenchrysolith darstellt. Diese Schlacken enthalten Kupfer in Lösung; Konverterschlacken enthalten sehr viel mehr Kupfer als Schmelzofenschlacken.

Übliche Konverterschlacken enthalten ferner mehr Eisen als die Schmelzschlacken, da die Aufrechterhaltung eines Schmelzeisen-Siliziumoxyd-Verhältnisses zur Folge hätte, daß zuviel wärmeabsorbierendes Siliziumoxyd zugegeben werden müßte, so daß das wirksame Erreichen der erforderlichen hohen Temperatur (z. B. 1300⁰C) verhindert wäre. Ein Faktor, der die Menge des in einer Schlacke zurückgehaltenen Kupfers beeinflußt, scheint das sogenannte »Sauerstoffpotential« der Schlacke zu sein.

Das Oxydationsvermögen der Schlacke (hier als »Sauerstoffpotential« der Schlacke bezeichnet) ist auf der Basis von Eisenchrysolith derjenigen Eisenmenge proportional, die in verschiedenen Oxydationsstufen in der Schlacke anwesend ist, da irgendeine Veränderung des Sauerstoffpotentials sich automatisch in einer Veränderung des Verhältnisses Fe⁺⁺:Fe⁺⁺⁺ auswirkt, und zwar innerhalb sämtlicher Grenzen der in diesem System vorhandenen Schlackenzusammensetzungen.

Die Bedingungen, welche für das gleichzeitige Vorliegen von Schlacke und Spurstein erforderlich sind, sind derart, daß das obige Verhältnis in der Größenordnung von 3:1 oder geringer liegt, was einem Kupfergehalt in der Schlacke von näherungsweise 2,5 bis 5% entspricht. Um den Kupfergehalt auf den niedrigst möglichen Wert zu reduzieren, sollte das Verhältnis Fe⁺+: Fe⁺++ in der Schlacke für die Schlackenzusammensetzung so groß als möglich sein, was ein dementsprechend niedriges Sauerstoffpotential bedeutet. Bei den in bekannten öfen durchgeführten Verfahren, beispielsweise bei dem Harjavalta-Schmelzverfahren, werden getrocknete Kupfersulfidkonzentrate in Gegenwart geeigneter Flußmittel zusammen mit vorgeheizter Luft in einen senkrechten Schachtofen eingeführt. Während die Materialien den Ofenschacht hinabwandern, treten Reaktionen auf, und die dabei anfallenden Produkte werden in einem Schmelzherd unterhalb des Schachtes aufge-

Schmelzofen zur kontinuierlichen Herstellung von Spurstein und Verfahren zu seinem Betrieb

Anmelder:

Geoffrey Joynt Brittingham, Surfers Paradise

(Australien)

Vertreter:

Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,

8000 München 22, Steinsdorfstr. 22

Als Erfinder benannt:

Geoffrey Joynt Brittingham, Surfers Paradise

(Australien)

Beanspruchte Priorität:

Australien vom 30. September 1963 (35 892)

sammelt, wo sich die Materialien dann in zwei miteinander unmischbare, flüssige Phasen trennen, nämlich Schlacke und Stein. Da der Stein schwerer ist, kommt er unter die Schlacke zu liegen und läßt sich durch Abstechen auf einem niedrigen Niveau abscheiden, während die Schlacke durch Abstechen in einem höheren Niveau entfernt wird.

Bei dem in einem anderen bekannten Ofen vorgesehenen Verfahren existiert das Kupfer nicht stabil im Kontakt mit einem Stein, der sowohl Eisen als auch Schwefel enthält. Wenn also dieser Stein und Kupfer in Kontakt gebracht werden, dann löst sich das Kupfer im Stein auf; das metallische Kupfer existiert demgemäß nicht als getrennte Phase. Dieses Verfahren arbeitet nicht zufriedenstellend und ist daher auch in der Praxis nie angewandt worden.

Der erzeugte Stein läßt sich hinsichtlich seiner Güte dadurch verändern, daß das Verhältnis von Konzentrat zu Luft und die Lufttemperatur beim Eintritt entsprechend gesteuert wird, wobei auch die Zusammensetzung der Konzentrate zu beachten ist, insbesondere mit Bezug auf Eisen- und Schwefelanteile. Es lassen sich Steingüten, beispielsweise von

so der Qualität des Spursteins (ein Stein, der im wesentlichen kein Eisen, sondern lediglich Kupfer und Schwefel enthält) gewinnen.

809 627/954

3 4

Zur weiteren Oxydationsbehandlung des Steines, Kupfer in Form eines Steines, der sich durch die um ihn in Blasen- oder Rohkupfer umzuwandeln, Schlacke hindurch absetzt und hierauf im Gegenwird er in einen besonderen Konverter übergeführt. strom zurück zum Hauptschachtofen fließt. Der Wärmeverlust, welcher bei der Überführung des Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Steines mit Hilfe einer Pfanne und anschließend beim 5 Schmelzofens ist vorgesehen, daß der langgestreckte Einbringen in einen Konverterbehälter entsteht, wo- Reduzierofen zwischen dem Hauptschacht und dem bei sowohl die Pfanne als auch der Konverterbehäl- Nebenschacht einen Gasabzugsschacht aufweist. Dater gewöhnlich unterhalb der angestrebten Reaktions- durch können die Gase aus dem Nebenschacht über temperatur sind, bringt es mit sich, daß Brennstoff die Schlacke hinweg zurücklaufen, und hieraus sich in der Form von Eisen im Stein vorgesehen werden io abscheidende Feststoffe können zur Reduktion der muß, um ein Ablaufen der Reaktionen zu ermög- Schlacke beitragen.

liehen. Aus diesem Grunde weist die Steinzusammen- Gemäß einer besonderen Ausbildung der Erfin-

setzung in Harjavalta etwa 60 bis 65°/o Kupfer auf. dung weist der Herdofen an seiner tiefsten Stelle eine

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ge- siphonartige Abstichöffnung für den Spurstein auf, winnung und nachfolgende Qxydation des Spursteins 15 die zu einem Vorherd führt. Der Herdofen kann in ohne die vorgenannten Nachteile in einem einzigen seinem Einschmelzbereich eine Stufe haben. Der VorOfen durchzuführen. herd kann einen vom Hauptschacht abfallenden Bo-

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Haupt- den aufweisen. Oberhalb des Vorherds können Luftschachtofen, einen Nebenschachtofen und einen lang- oder Winddüsen angeordnet sein. Winddüsen können gestreckten Herdofen, dessen Boden in Richtung des 20 auch unterhalb des Schlackenniveaus im Herdofen Hauptschachtofens abfällt und dessen AbziehöfEnung angeordnet sein.

für die Schlacke in der Nähe des Nebenschachtofens Der vorbeschriebene Ofen wird in der Weise bean der höchsten Stelle des abfallenden Bodens ange- trieben, daß im Hauptschacht die sulfidischen Kupferbracht ist. Die Erfindung beruht also auf dem Ge- erze in bekannter Weise bei hohem Sauerstoffpotendanken, den Spurstein vom eisenhaltigen Stein zu 25 tial zu Schlacke und Spurstein erschmolzen werden trennen, bevor das metallische Kupfer gewonnen wird. und daß der Schlacke mit Hilfe des Nebenschacht-Da die Erzeugung von metalischem Kupfer aus sul- ofens Material zugeführt wird, welches das Sauerfidischen, angereicherten Erzen von der ständigen Stoffpotential der Schlacke erniedrigt. Gemäß einer Ersetzung des Schwefels durch Sauerstoff abhängig Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, daß im ist, ist die Beseitigung von Eisen mehr ein Neben- 30 Nebenschacht Pyrit- oder sulfidische Kupfererzkoneffekt, welcher durch die Zufügung von kieselhalti- zentrate unter begrenztem Luftzutritt zur Erzeugung gem Material zum Zwecke der Schlackenbildung be- von nur teilweise oxydierten eisenhaltigen Schmelzgleitet ist. Es wurde erkannt, daß bei jeder spezifi- produkten oxydiert und der Schlacke im Herdofen sehen Steinzusammensetzung ein entsprechendes zugeführt werden. Dies ermöglicht die Absetzung »Sauerstoffpotential« der Schlacke existiert. Die Er- 35 mitgeführten Steines und eine bestimmte Abkühlung findung macht von diesem Gedanken Gebrauch. der Schlacke nach der Behandlung, wobei ein grö-In dem Maße, wie die Konzentration des Steines ßerer Auswurf von Kupfer in Form von Stein stattzunimmt, indem Eisen und etwas Schwefel entfernt findet. Diese Schlackenbehandlung ist insbesondere wird, wird das »Sauerstoffpotential« der Schlacke dann von Wert, wenn sie im Zusammenhang mit der gesteigert, und dies geschieht während des ganzen 4° zuvor beschriebenen Erzeugung von Spurstein im Verfahrens, bis der Stein eine Konzentration ange- Herdofen zur Anwendung gelangt. Wo der Spurstein nommen hat, welche dem Spurstein entspricht. Der im Herdofen gewonnen wird, kann die Schlacke etwa so erhaltene Weißkupferstein enthält hauptsächlich 3 bis 5% Kupfer enthalten. Durch das beschriebene 99,5% Kupfersulfid Cu₂S und ist mit der im System Vorgehen kann ein großer Teil dieses Kupfers zum enthaltenen Schlacke mit dem höchsten Sauerstoff- 45 Zwecke einer Behandlung mit dem Spurstein zurückpotential stabil. Es ist klar, daß selbst dieses Sauer- gebracht werden, so daß die Schlacke mit einem Stoffpotential ungenügend ist, um das Kupfer aus Kupfergehalt zurückbleibt, der eine Rückgewinnung dem Spurstein auszuscheiden, und daß viel stärker nicht erforderlich macht. Der im Vorherd gesammelte oxydierende Bedingungen eingeführt werden müssen, Spurstein kann schließlich zu Schwarzkupfer verum zu diesem Ergebnis zu gelangen. Es ist für die 5<> blasen werden.

vorliegende Erfindung typisch, daß der Spurstein Gemäß der Erfindung können auch andere Stoffe unterhalb der Schlackeschicht entfernt wird, wenn als teilweise oxydierte, geschmolzene Materialien eine weitere Oxydation zum Zwecke der Gewinnung benutzt werden, um die Schlacke zu reduzieren und von Kupfermetall durchgeführt wird. Bei einem im deren Sauerstoffpotential zu erniedrigen. So können erfindungsgemäßen Ofen durchgeführten Schmelz- 55 beispielsweise kohlenstoffhaltige Substanzen einverfahren wird der Kupfergehalt der Schlacke so weit schließlich Kohlenwasserstoffe (gasförmig oder fest) reduziert, daß die sich ergebende Schlacke so wenig zur Anwendung kommen.

Kupfer besitzt, daß sie ohne wirtschaftliche Einbuße Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten

weggeworfen werden kann. Ausführungsform gemäß der Erfindung dient im

Der Lufteinlaß wird begrenzt, und es gelangen ⁶° Zusammenhang mit der Zeichnung der weiteren

lediglich teilweise oxydierte Schmelzprodukte (haupt- Erläuterung. Es zeigt

sächlichFeS, Feoder möglicherweise etwasFeO+Fe) Fig. 1 schematisch eine Schnittansicht eines

und Flußmittel nach unten, die schließlich die Schmelzofens und

Schlackenschicht erreichen, wenn diese sich in Rieh- Fig. 2, 3 und 4 Querschnittsansichten des Ofens

tang auf deren Abziehöffnung bewegt. Es tritt infolge- 65 entlang den Linien 2-2, 3-3 bzw. 4-4.

dessen eine starke Reduktion der Schlacke auf mit Der dargestellte Schmelzofen gemäß der Erfindung

dem damit zusammenhängenden Abfall des Sauer- schließt einen Herdofen 9 und einen von diesem weg

Stoffpotentials der Schlacke und Abscheidung von verlaufenden, langgestreckten Reduzierofen 10 ein.

Der Ofen 10 ist nach Art eines umgekehrten Bogens ausgebildet und verjüngt sich in Richtung nach links in Fig. 1 (vgl. die Querschnittsansichten der Fig. 2, 3 und 4); ferner besitzt der Ofen 10 eine gekrümmte Decke 11. Der Boden 12 des Ofens 10 senkt sich, wie in F i g. 1 dargestellt, nach unten ab und geht über eine Stufe 13 in den Boden des Herdofens 9 über.

Alternativ kann der Boden 12 auch glatt und ohne Stufe 13 in den Herdofen 9 übergehen.

Ein autogener Hauptschachtofen 14 A des an sich bekannten Harjavalta-Typs dient der Beschickung des Herdofens 9; ein kleinerer Nebenschacht 14 B des gleichen Typs mündet oberhalb des Reduzierofens 10 ein; zwischen den Schächten 14 A und 14B liegt ein gemeinsamer Gasabzugsschacht 15.

Eine feuerfeste Trennwand 18 verläuft nach unten bis gut unterhalb des Schlackenniveaus im Herdofen 9, um auf diese Weise den Spurstein in einem Auffangbehälter 19 von der Schlacke zu isolieren. Die Wand 18 wirkt ähnlich wie ein Arutzsiphon. Der Vorherd 20 ist eine Verlängerung des Auffangbehälters 19. Er besitzt einen Boden 21, der sich vom Behälter 19 hinweg absenkt.

Über den Auffangbehälter 19 und den Vorherd 20 erstreckt sich ein feuerfester Deckel 22; durch diesen Deckel verlaufen oberhalb des Vorherdes 20 Luftdüsen 23.

Im Betrieb werden getrocknete Kupfersulfidkonzentrate zusammen mit geeignetem Flußmittel und vorerhitzter Luft in den Hauptschachtofen 14 A eingebracht, wo sie beim Fallen in den Verbrennungsraum 24 des Herdofens 9 geschmolzen werden. Die geschmolzenen Produkte trennen sich in eine obere Schlackenschicht 25 und eine untere Spursteinschicht 26. Dies entspricht der normalen Betriebsweise eines Schachtes des Harjavalta-Typs. Die Spursteinschicht 26 erreicht dabei den Boden des Reduzierofens 10 nicht. Die Schlacke wird am äußeren Ende 27 an einer Abziehöffnung des Ofens abgestachen; sie fließt infolgedessen mit Bezug auf F i g. 1 nach links, unterhalb des Gasabzugsschachts 15 und des Nebenschachts 14B.

Der Nebenschachtofen 14 B arbeitet ähnlich wie der Hauptschachtofen 14 A, mit der Ausnahme jedoch, daß die Luftzufuhr begrenzt ist und die die Schlacke erreichenden Produkte lediglich teilweise oxydiert sind. Es tritt eine starke Reduktionswirkung auf, das Sauerstoffpotential der Schlacke fällt und ein Stein scheidet sich ab, welcher entlang dem Boden 12 zurückfließt und die Hauptmasse des Spursteins in der Schicht 26 erreicht. Zwischen dem Schacht 14 B und der Abziehöffnung bei 27 kühlt sich die Schlacke etwas ab (verbleibt jedoch in flüssigem Zustand), so daß sich mehr Spurstein absetzt.

Unter geeigneten Bedingungen kann die abgestochene Schlacke so wenig Kupfer enthalten, daß sie verworfen werden kann.

Durch die Anordnung des Gasabzugsschachtes 15 zwischen den Schächten 14A und 14B kann irgendein Material aus den Gasen des Schachtes 14 B über die Schlacke hinweg zurückgelangen und dabei die Reduktion der Schlacke unterstützen. Das Aufeinandertreffen der beiden Gasströme aus den Schächten 14^4 und 14jB, wobei diese Gasströme in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, verursacht eine gute Abscheidung der in ihnen enthaltenen festen oder geschmolzenen Materialien. Ein schlackenfreier Spurstein füllt den Auffangbehälter 19 bis zum Niveau 28 und fließt in den Vorherd 20 hinüber.

Aus einer geeigneten (nicht dargestellten) Quelle wird Luft durch die Düsen 23 geblasen; diese Luft oxydiert den Spurstein im Vorherd 20. Wenn der Schwefelgehalt ausreichend abgefallen ist, scheidet sich eine Kupferphase ab; diese fließt an dem schrägliegenden Boden 21 des Vorherds 20 nach unten und bildet unterhalb des Steines eine Kupferschicht 29, die dann vom Boden her abgestochen werden kann. Der Spurstein kann jedoch, falls erforderlich, auch getrennt abgestochen werden.

An Stelle der Luftdüsen 23 können auch (nicht dargestellte) Winddüsen unterhalb des Steinniveaus 28 im Vorherd 20 vorgesehen werden.

Der Schacht 14^4 wird so betrieben, daß er einen Stein von Spursteinqualität erzeugt. Wenn jedoch die Verhältnisse so sind, daß diese Qualität sich in bequemer Weise nicht erreichen läßt, können Winddüsen 30 Luft in die Steinschicht 26 einführen, um im Auffangbehälter 19 Spurstein zu bilden.

Zusammengefaßt läuft also die Betriebsweise gemäß der Erfindung in folgender Weise ab: Erze werden im Schacht 14^4 und Herdofen 9 zu Spurstein geschmolzen; allein die Schlacke gelangt in den Reduzierofen 10, wo sie durch den Schacht 145 und die Kamingase reduziert wird, so daß sich ein Stein abscheidet, der im Gegenstrom in den Herd 9 fließt; Spurstein, welcher mit Hilfe der Trennwand 18 (Siphon) von Schlacke isoliert ist, gelangt in den Auffangbehälter 19 und von da in den Vorherd 20; der Spurstein im Vorherd 20 wird oxydiert, so daß sich eine Kupferphase abscheidet.

Der beschriebene Schmelzofen ermöglicht es, daß das Schmelzen, Umwandeln und Reinigen von Schlacke in einer einzigen Gesamtoperation auf kontinuierlicher Basis ausgeführt wird. Die Gesamtgröße einer Anlage kann deshalb beträchtlich reduziert werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schmelzofen zur kontinuierlichen Herstellung von Spurstein und einer absetzbaren Schlacke aus sulfidischen Kupfererzen, gekennzeichnet durch einen Hauptschachtofen (14^4), einen Nebenschachtofen (14 B) und einen langgestreckten Herdofen (9,10), dessen Boden (12) in Richtung des Hauptschachtofens abfällt und dessen Abziehöffnung (27) für die Schlacke in der Nähe des Nebenschachtofens (14 B) an der höchsten Stelle des abfallenden Bodens angebracht ist.

2. Schmelzofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Reduzierofen (10) zwischen dem Hauptschacht (14A) und dem Nebenschacht (14 B) einen Gasabzugsschacht (15) aufweist.

3. Schmelzofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Herdofen (9,10) an seiner tiefsten Stelle eine siphonartige Abstichöffnung für den Spurstein aufweist, die zu einem Vorherd (20) führt.

4. Schmelzofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Herdofen (9,10) in seinem Einschmelzbereich (9) eine Stufe (13) hat.

5. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorherd (20) einen vom Hauptschacht (14.4) abfallenden Boden (21) hat.

6. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Vorherdes (20) Luftdüsen (23) angeordnet sind.

7. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorherd (20) Winddüsen vorhanden sind.

8. Schmelzofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Winddüsen (30) unterhalb des Schlackenniveaus im Einschmelzbereich (9) des Herdofens angeordnet sind.

9. Verfahren zum Betrieb des Ofens nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptschacht die sulfidischen Kupfererze in bekannter Weise bei hohem SauerstofEpotential zu Schlacke und Spurstein erschmolzen werden und daß der Schlacke mit Hilfe des Neben-

IO

Schachtofens Material zugeführt wird, welches das Sauerstoffpotential der Schlacke erniedrigt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Nebenschacht Pyrit- oder sulfidische Kupfererzkonzentrate unter begrenztem Luftzutritt zur Erzeugung von nur teilweise oxydierten eisenhaltigen Schmelzprodukten oxydiert und der Schlacke im Herdofen zugeführt werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der im Vorherd gesammelte Spurstein zu Schwarzkupfer verblasen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 1803 663;
V. Tafel, »Lehrbuch der Metallhüttenkunde«, Bd. 1, 2. Auflage, S. 396/397.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 627/954 10.68 © Bundesdruckelei Berlin